含高比例水电的电力系统超低频振荡分析及控制参数整定研究

摘要

我国西南部地区有丰富的水力发电资源，因此在电力系统中，水电机组的含量相对较高。但是大规模的水电机组异步联网运行时，频繁出现的超低频振荡现象，严重影响了电网的稳定和安全性。针对这种振荡周期较长，振荡频率在0.1Hz内的超低频振荡现象，研究其产生机理，并提出相应措施来有效抑制超频振荡对电网的安全稳定运行将具有重大的意义。　　本文首先对电力系统模型进行介绍，并阐述了特征值分析法的原理，在基于阻尼转矩法分析出的调速器对系统阻尼特性产生的影响的基础上，对一次调频过程进行进一步分析。通过仿真验证了开环系统伯德图的幅值和相角裕度与系统的振荡频率和阻尼紧密之间的关系，提供伯德图分析系统阻尼的思路。　　然后在分析超低频振荡产生机理时搭建二次调频即AGC模型，基于特征值法将其线性化，设置不同的参数，模拟出调速器动作所引起的超低频振荡以及AGC过程引起的超低频振荡两种模式。通过模态图分析出系统在调速器模式与AGC模式下阻尼特性变化情况。针对AGC过程，通过特征根的根轨迹图，总结出频率偏差系数与积分系数对系统阻尼带来的影响。最后在四机系统中进行仿真，验证超低频振荡的产生机理与系统阻尼间的关系并得出各机组的机械功率以及电磁功率的偏差量并不相同，但是整个系统出现的频率偏差是统一的。　　接着分析了PID型调速器的参数对系统阻尼转矩的影响，提出了一种新的PID参数优化方法。先将原本是不等式形式的连续状态约束条件变成对时间的积分形式，再对其进行平滑处理，使其可以对PID参数进行梯度计算。然后基于最优控制软件MISER3.2，通过求得目标函数以及约束条件关于PID参数的导数，来完成对非线性系统的参数优化。该方法和传统的算法优化相比较，并不需要将非线性系统线性化处理，因此能得到更切合实际的参数设置。在单机系统中仿真验证求得的参数在振荡次数，超调量，调节时间以及对系统阻尼的改善上都是优于传统PSO算法的。　　最后在多机系统进行了仿真，进一步验证了超低频振荡的产生机理是因为一次调频过程，调速系统提供了负阻尼，并得到系统装机容量与抑制超低频振荡间的关系，优先整定大容量机组的PID参数，能更好的抑制超低频振荡。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 超低频振荡机理

1.2.2 超低频振荡抑制措施

1.3 论文主要工作

第2 章超低频振荡相关的元件模型及分析方法

2.1 引言

2.2 电气元件动态模型

2.2.1 发电机模型

2.2.2 原动机模型

2.2.3 调速器模型

2.2.4 AGC控制环节

2.2.5 负荷模型

2.3 特征值分析法

2.3.1 特征值计算及稳定性判据

2.3.2参与因子与灵敏度的影响

2.3.3 特征值的数值计算方法

2.4 阻尼转矩法

2.5 本章小结

第3 章电力系统的超低频振荡机理及特性分析

3.1 引言

3.2 一次调频引起的超低频振荡

3.2.1 电力系统一次调频过程

3.2.2振荡频率与阻尼的影响因素

3.2.3 单机单负荷实例分析

3.4 二次调频引起的超低频振荡

3.4.1 AGC研究模型

3.4.2 AGC参数对超低频振荡的影响

3.5 仿真算例

3.5.1 单机单负荷系统

3.5.2 4机2区系统

3.6 小结

第4 章调速器参数优化抑制超低频振荡的方法

4.1 引言

4.2 调速器PID参数对系统阻尼的影响

4.3单机系统的PID参数整定分析

4.3.1 优化过程分析

4.3.2 约束条件及目标函数的求导

4.4 单机系统的PID参数优化

4.5 多机系统算例仿真

4.6 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果